KR101061516B1 - 아치형 강판 파일을 이용한 흙막이 가시설 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 아치형 강판 파일을 이용한 흙막이 가시설 구조에 관한 것이다.

본 발명의 아치형 강판 파일을 이용한 흙막이 가시설 구조는, 일정한 간격으로 배치되어 있는 다수 개의 H-파일과; 각 H-파일의 중앙 기둥 양측에 고정되어 있되, 하단이 H-파일 저부와 이격되어 홈을 형성하며, 내측으로 그라우팅호스가 삽입되는 호스가이드부재와; H-파일의 하단과 호스가이드부재 하단 사이의 홈에 양측 끝단이 끼워지며, 중앙부분은 일정한 곡률로 라운드져 형성되어 H-파일과 함께 토류벽체를 이루는 아치형 강판 파일과; 그라우팅호스로부터 그라우트재가 공급되어 토류벽체와 지중 사이에 그라우트재가 채워져 형성된 그라우트층;으로 구성된다.

본 발명에 의해, 벽체 강성을 크게함과 동시 토압을 분산키고, 가시설 내부를 보강하여 버팀보 간격이 최소화되고, 말뚝 간격을 크게 하여 시공 속도를 단축시키고, 공사비를 절감할 수 있으며, H-파일 및 아치형 강판 파일을 재사용할 수 있게 되고, 차수성을 용이하게 하고, 벽체 강성을 증가시킴으로써 벽체 변위량을 줄여 안정성이 향상되며, 벽체 강성이 커 어스앵커공법이나 쏘일네일링공법 등과 같이 타 지지공법과 병행하여 시공할 수 있게 된다.

흙막이, 가시설, 토류, 아치, 프리스트레스

Description

아치형 강판 파일을 이용한 흙막이 가시설 구조 {A SHORING STRUCTURE USING ARCH PLATE PILE}

본 발명은 흙막이 가시설 구조에 관한 것이다.

흙막이 가시설공법은 지하에 본구조물을 설치하기 위한 행위로서 터파기면에 다른 구속되는 시설이 없는 것이 중요하다.

버팀보는 구조물 시공시 콘크리트 시공이음이 발생하게 되고 때론 버팀대가 구조물에 관통되는 경우가 발생하게 된다.

이런 경우 시공이음부 또는 관통부에 응력이 집중되어 구조손상에 대한 문제와 방수에 대한 문제가 발생하게 된다.

따라서 흙막이 벽체의 강성이 클수록 지지대의 수량이 감소하게 되며 작업공간이 확보되어 구조물 설치가 용이하게 되고 구조물에 대한 안정성이 향상되는 것이다.

이때 최적의 설계를 통해 공비절감 및 공기단축이 필요하다.

한편 흙막이 벽체 강성을 키움과 가시설 내부보강을 통해 지지대의 수량을 감소시킬 수 있고 동시 차수를 통해 굴착현장 배면지반에 대한 안전대책이 필요하 다.

이러한 흙막이 가시설 공법에는 강널말뚝(steel sheet pile)공법이 공개된 바 있다.

강널말뚝 공법은 연약지반에 적용하며 강재의 널말뚝을 지중에 연속적으로 타입하여 수밀성 있는 흙막이벽을 만드는 공법으로 띠장, 버팀대로 지지한다.

이러한 강널말뚝 공법은 차수성이 좋은 장점이 있으나 벽체의 타공법에 비해 강성이 약하고 수평변위가 크며 특히 암반, 전석층에는 타입이 곤란한 문제점이 있었다.

또, Cast In Place Pile 공법이 공개된 바 있다.

상기 공법은 터파기할 지면의 외각에 천공장비를 이용하여 천공한 후 철근망 및 H-파일을 근입하고 콘크리트를 타설하여 연속적으로 토류벽을 형성하는 공법으로 띠장, 버팀대로 지지하도록 되어 있다.

이러한 Cast In Place Pile 공법은 벽체 강성이 크다는 장점이 있으나 지하수가 많은 경우나 근입심도가 깊은 경우 재료분리등으로 품질의 편차가 크고 공정이 복잡하고 공사비가 고가인 문제점이 있었다.

본 발명의 아치형 강판 파일을 이용한 흙막이 가시설 구조는 상기와 같은 종래 기술에서 발생되는 문제점을 해결하기 위한 것으로, 벽체 강성을 크게함과 동시 토압을 분산키고, 가시설 내부를 보강하여 버팀보 간격을 최소화 하려는 것이다.

특히, 말뚝 간격을 크게 하여 시공 속도를 단축시키고, 공사비를 절감하려는 것이다.

아울러, H-파일 및 아치형 강판 파일을 재사용할 수 있게 하려는 것이다.

또한, 차수성을 용이하게 하고, 벽체 강성을 증가시킴으로써 벽체 변위량을 줄여 안정성을 향상시키려는 것이다.

또한, 벽체 강성이 커 어스앵커공법이나 쏘일네일링공법 등과 같이 타 지지공법과 병행하여 시공할 수 있게 하려는 것이다.

본 발명의 아치형 강판 파일을 이용한 흙막이 가시설 구조는 상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여, 일정한 간격으로 배치되어 있는 다수 개의 H-파일과; 각 H-파일의 웨브 양측에 고정되어 있되, 하단이 H-파일 하측 플랜지와 이격되어 홈을 형성하며, 내측으로 그라우팅호스가 삽입되는 호스가이드부재와; H-파일의 하측 플랜지와 호스가이드부재 하단 사이의 홈에 양측 끝단이 끼워지며, 중앙부분은 일정한 곡률로 라운드져 형성되어 H-파일과 함께 토류벽체를 이루는 아치형 강판 파일과; 그라우팅호스로부터 그라우트재가 공급되어 토류벽체와 지중 사이에 그라우트재가 채워져 형성된 그라우트층;으로 구성된다.

이때, 다수개의 H-파일의 하측 플랜지에 맞닿아 고정되는 띠장파일이 H-파일과 직교하여 수평 방향으로 다수 개가 연속하여 설치되어 있으며, 각 띠장파일의 연결부위에는 내측에 홀이 형성된 플레이트판이 용접 고정되어 있고, 일측 띠장파일과 타측 띠장파일을 연결하는 홀에 강선이 설치되어 있고, 일측과 타측에는 강선을 조여 고정하는 고정부재가 설치되어 있어 고정부재를 조여 강선을 당겨 프리스트레스를 가하도록 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의해, 벽체 강성을 크게함과 동시 토압을 분산키고, 가시설 내부를 보강하여 버팀보 간격이 최소화된다.

특히, 말뚝 간격을 크게 하여 시공 속도를 단축시키고, 공사비를 절감할 수 있다.

아울러, H-파일 및 아치형 강판 파일을 재사용할 수 있게 된다.

또한, 차수성을 용이하게 하고, 벽체 강성을 증가시킴으로써 벽체 변위량을 줄여 안정성이 향상된다.

또한, 벽체 강성이 커 어스앵커공법이나 쏘일네일링공법 등과 같이 타 지지공법과 병행하여 시공할 수 있게 된다.

흙막이 가시설 구조검토시 중시되는 것은 H-파일(10), 띠장(40), 스트러트, 토류판등에 대하여 휨모멘트와 전단응력에 대하여 검토에 대하여 검토되어 지는데 이때 토압이 직접전달되는 H-파일(10)이 가장 취약하다.

따라서 H-파일(10) 보강이 구조검토의 중요한 포인트가 된다.

본 발명에서는 H-파일(10)에 일반 평판형 파일대신 아치형 강판 파일(30)을 연결을 연결함으로써 휨모멘트에 대한 저항과 허용전단응력이 증대되어 안전율이 크게 향상된다.

또, 프리스트레스를 가한 띠장(40)을 보강을 함으로써 버팀보(80, 81)의 역할을 강화하여 가시설 내부의 스트러트 또는 버팀보(80, 81)의 수를 감소시키게 된다.

여기서, 아치형 강판 파일(30)을 적용한 이유를 살펴보면, 토류벽의 지간이 길어지면 휨모멘트가 거리의 제곱으로 커지므로 경제적인 설계를 위해 휨모멘트를 감소시켜야한다.

따라서 휨모멘트에 대한 저항이 큰 아치형구조가 유리한 것이다.

또한 더욱 안전한 구조는 타이드 아치(Tied Arch)구조라 할 것이다.

이러한 구조는 터널 구조에서 터널의 형상(원형, 난형등) 자체가 지보역할을 하듯 아치형 구조는 힘을 수직방향과 수평방향으로 분산시키는 장점이 있어 굴착면의 안정성이 보다 높은 것이다.

이하, 본 발명의 아치형 강판 파일을 이용한 흙막이 가시설 구조에 대하여 첨부된 도면을 통하여 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 아치형 강판 파일을 이용한 흙막이 가시설 구조는 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 일정한 간격으로 배치되어 있는 다수 개의 H-파일(10)과; 각 H-파일(10)의 웨브 양측에 고정되어 있되, H-파일(10)의 하측 플랜지와 이격되어 홈을 형성하며, 내측으로 그라우팅호스(21)가 삽입되는 호스가이드부재(20)와; H-파일(10)의 하측 플랜지와 호스가이드부재(20) 사이의 홈에 양측 끝단이 끼워지며, 중앙부분은 일정한 곡률로 라운드져 형성되어 H-파일(10)과 함께 토류벽체를 이루는 아치형 강판 파일(30)과; 그라우팅호스(21)로부터 그라우트재가 공급되어 토류벽체와 지중(90) 사이에 그라우트재가 채워져 형성된 그라우트층(70);으로 구성된다.

이때, 도 2에 도시되어 있는 바와 같이 다수개의 H-파일(10)의 저부에 맞닿아 고정되는 띠장(40)이 H-파일(10)과 직교하여 수평 방향으로 다수 개가 연속하여 설치되어 있으며, 각 띠장(40)의 연결부위에는 내측에 홀(61)이 형성된 플레이트판(60)이 용접 고정되어 있고, 일측 띠장(40)과 타측 띠장(40)을 연결하는 홀(61)에 강선이 설치되어 있고, 일측과 타측에는 강선을 조여 고정하는 고정부재(51)가 설치되어 있어 고정부재(51)를 조여 강선을 당겨 프리스트레스를 가하도록 하여 구조적으로 보다 더 강화시킬 수 있다.

이하, 상기 구조를 위한 개략적인 설치 예를 도 6을 통해 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 햄머 또는 오거에 의해 소정의 간격을 전단면 천공(연약지반시 생략)을 실시한다.

그런 다음 H-파일(10)을 일정한 간격으로 타입 설치하고 H-파일(10)의 웨브에는 "ㄷ" 형태의 찬넬로 된 호스가이드부재(20)를 설치하되, 호스가이드부재(20)는 H-파일(10) 하측 플랜지와 공간 즉, 홈을 형성한다.

이렇게 하면 양측의 H-파일(10)과 호스가이드부재(20) 사이에 홈이 형성되는데, 아치형 강판 파일(30)의 양 끝단을 상기 홈에 타입한다.

이를 위해 아치형 강판 파일(30)의 양 끝단은 도면과 같이 일측이 꺾여 홈에 끼우기 용이하도록 구성하는 것이 바람직하다.

아치형 강판 파일(30)을 설치한 후에는 호스가이드부재(20)에 그라우팅호스(21)를 삽입하고, 천공구간의 뒷채움 및 다짐을 번갈아 실시하며 벽체를 연속적으로 설치한다.

그 후 유압 그라우팅을 실시하고, 그라우팅이 완료되면 버팀 띠장(40) 강재와 일반 강재를 조합하여 지지하면서 굴착해 내려가면 된다.

이러한 과정 중에 도 2와 같이 버팀 띠장(40)에 프리스트레스를 가하는 과정을 추가하여 진행할 수 있다.

한편, 상기와 같은 구성에 있어서 H-파일(10)에 호스가이드부재(20)를 고정하는 방법은 용접이나 볼팅 방법을 적용하고, 호스가이드부재(20)의 내측에는 그라우팅 호스(21)를 부착한다.

그라우팅호스(21)의 부착은 용접, 접착, 볼팅 등의 방법을 적용한다.

한편 그라우팅 호스(21)에는 다수의 구멍을 형성하여 유압 그라우팅 시 구멍을 통해 지반 그라우팅이 원할하게 이루어지도록 구성한다.

프리스트레스를 가하는 방법은 도시된 것처럼 버팀 띠장(40)을 구성하는 H형강을 잇대어 연결할 때 중간 중간에 플레이트판(60)을 설치하고, 플레이트판(60)에는 홀(61)을 형성하고, 와이어(50)가 이 홀(61)을 연속으로 관통하도록 구성하며, 가장 양쪽 끝단에서는 고정부재(51)를 이용하여 와이어(50)를 당기도록 하면 된다.

이러한 구성은 종래의 일반적인 프리스트레스를 제공하는 구성을 적절히 적용하면 된다.

이때, 주요 특징 중의 하나는 플레이트판(60)에 홀(61)을 형성함에 있어서 수평하게 동일선상이 아닌, 도 2에 도시된 것처럼 'M'이나 또, 도시하지는 않았으나 'W'와 같은 구조를 이루도록 홀(61)의 배치를 다르게 하여 양쪽 끝에서 와이어 (50)를 당기게 되면 와이어(50)가 버팀 띠장(40)으로 하여금 지중(90) 쪽으로 당겨지게 하여 외력에 대응하도록 하는 것이 좋다.

상기와 같은 본 발명의 아치형 강판 파일을 이용한 흙막이 가시설 구조의 작용을 살펴보면, 상기와 같은 구조는 단순보 구조와 달리 토압에 대하여 Y축반력(수직반력), X축반력(수평반력)으로 분산효과를 갖게 된다.

이때, H-파일(10)과 띠장(40)을 용접고정하여 타이드 아치형태의 구조를 갖게 함으로써 우수한 분산 효과를 갖게 할 수 있다.

또한, 본 발명에서는 토압의 감소와 스트러트의 좌굴장길이를 줄여 압축력에 대한 저항을 크게하여 스트러트 사이에 버팀 띠장(40)을 설치하여 버팀보(80, 81) 간격을 더욱 키워서 자재절감 및 공기단축 공비절감, 내부의 작업공간확보등을 확보할 수 있게 된다.

아울러, 본 발명에서는 호스가이드부재(20)가 강재의 단면력을 향상시키므로 전단 모멘트에 대한 저항력이 향상되고 아치형 토류강판이 전단 모멘트를 일부 분담하게 되어 가시설에 대한 안전율이 더욱 향상된다.

또, 그라우팅 호스를 통해 그라우팅주입 실시로 지반보강이 강화되고 아치형 강판 파일(30)과 H-파일(10) 의 조인트부의 차수가 더욱 강화된다.

이상과 같이 구성된 본 발명의 아치형 강판 파일을 이용한 흙막이 가시설 구조는 다양한 형태의 흙막이 공법에 적용될 수 있다 할 것이다.

도 1은 본 발명의 아치형 강판 파일을 이용한 흙막이 가시설 구조를 나타낸 단면 개략도.

도 2는 본 발명에서 프리스트레스를 가하는 실시예를 나타낸 또다른 단면 개략도.

도 3은 본 발명에서 버팀 띠장에 프리스트레스를 가하기 위한 홀이 형성된 예를 나타낸 사시도.

도 4는 종래의 흙막이 가시설 구조에서 응력 관계를 나타낸 개략도.

도 5는 본 발명에서의 응력 관계를 나타낸 개략도.

도 6은 본 발명의 구조를 이루기 위한 시공순서를 나타낸 시송순서도.

＜도면의 주요 부호에 대한 상세한 설명＞

10 : H-파일 20 : 호스가이드부재

21 : 그라우팅호스 30 : 아치형 강판 파일

40 : 띠장 50 : 와이어

51 : 고정부재 60 : 플레이트판

61 : 홀 70 : 그라우트층

80 : 버팀보(80, 81) 90 : 지중

Claims (2)

1. 삭제
2. 흙막이 가시설 구조에 있어서,

   일정한 간격으로 배치되어 있는 다수 개의 H-파일(10)과;

   상기 각 H-파일(10)의 웨브 양측에 고정되어 있되, H-파일(10)의 하측 플랜지와 이격되어 홈을 형성하며, 내측으로 그라우팅호스(21)가 삽입되는 호스가이드부재(20)와;

   상기 H-파일(10)의 하측 플랜지와 호스가이드부재(20) 사이의 홈에 양측 끝단이 끼워지며, 중앙부분은 일정한 곡률로 라운드져 형성되어 H-파일(10)과 함께 토류벽체를 이루는 아치형 강판 파일(30)과;

   상기 그라우팅호스(21)로부터 그라우트재가 공급되어 토류벽체와 지중(90) 사이에 그라우트재가 채워져 형성된 그라우트층(70);과

   상기 다수개의 H-파일(10)의 하측 플랜지에 맞닿아 고정되되, H-파일(10)과 직교하여 수평 방향으로 다수 개가 연속하여 설치되는 띠장(40)과;

   각 띠장(40)의 연결부위에는 용접 고정되고 내측에 홀(61)이 형성되어 있는 플레이트판(60)과;

   일측 띠장(40)과 타측 띠장(40)을 연결하는 홀(61)에 강선이 설치되어 있고, 일측과 타측에는 강선을 조여 고정하는 고정부재(51)가 설치되어 있어 고정부재(51)를 조여 강선을 당겨 프리스트레스를 가하도록 구성된 것을 특징으로 하는,

   아치형 강판 파일을 이용한 흙막이 가시설 구조.

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